资源简介

(共45张PPT)
第2章 细胞工程
2.1 植物细胞工程
2.2 动物细胞工程
2.3 胚胎工程
什么是细胞工程 p31
细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
动物细胞工程
植物细胞工程
原理
操作水平
目的
哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。
科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体
古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。
卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。
土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。
1902年
1958年
1960年
1964年
1971年
1974年
P32【科技探索之路】植物细胞工程的发展历程
目标
01
02
03
结合“菊花的组织培养”的实验操作，尝试设计植物组织培养技术的流程简图（科学探究）
简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程（生命观念）
查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响
（社会责任、科学探究）
学习目标
从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢兰花。
①兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；
②传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长，繁殖率低等问题，
如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。
如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
问题探讨
1500万/株
叶子
花瓣
花粉
细胞
新的植物体
细胞的全能性
播种
扦插
一般情况下：
一定条件下：
新的植物体
人工栽培植物的方法
细胞经 后，仍然具有产生 或分化成其他
的潜能，即细胞具有全能性。
高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。
（1）定义：
（3）原因：
分裂和分化
完整生物体
各种细胞
细胞的全能性
（4）全能性大小比较：
①按细胞分化程度比：
②按细胞分裂能力比：
③不同类型细胞的全能性：
④不同生物细胞的全能性：
全能性：分化程度低的＞分化程度高的
全能性：分裂能力强的＞分裂能力弱的
受精卵＞生殖细胞（如精子、卵细胞）＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
（2）体现全能性的标志：
思考：
是不是所有的活细胞都具有全能性？
不是，例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞。
（均无细胞核，无遗传物质）
种子发育成植株体现了全能性了吗？
没有，植物种子种的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体
（已经是一个幼小的完整个体），没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能。
细胞具有的全能性一定能表现出来吗？
不一定，例如动物的体细胞
（动物细胞具有全能性，但目前只有细胞核能体现全能性）
细胞的全能性
生长点
叶原基
芽轴
芽原基
枝芽结构示意图
叶原基的细胞只能发育为叶
芽原基的细胞只能发育为芽
④芽原基发育为芽，叶原基发育为叶体现了全能性吗？
生物体内所有细胞都能表现出全能性吗？
（5）细胞没有体现全能性的原因：
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达。
没有体现全能性，因为叶原基的细胞只能发育为叶，未发育成完整植株或其他各种细胞。
(6)表现出全能性的条件：
潜能
怎么才能表现出来呢？
1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。
植物组织培养技术
①
离体
②
一定的营养物质、植物激素
③
适宜的温度、pH等外界条件
④
无菌环境
细胞的全能性
植物组织培养
外植体
有丝分裂
植物细胞的全能性
是指将 的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成 的技术。
①生殖方式：
无性生殖
②分裂方式：
③原理：
④植物组织培养成功的关键：
离体
完整植株
无菌操作
1
概念
2
植物组织培养的流程
植物组织培养
接种外植体
脱分化
诱导愈伤组织
无组织结构、松散的薄壁细胞团
离体条件下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能，重新获得分裂能力
诱导生芽
再分化
愈伤组织能重新分化成芽、根等器官
诱导生根
移栽成活
3
决定植物脱分化、再分化的关键因素
外植体
愈伤组织
试管苗
完整植株
脱分化
芽、根等
再分化
关键激素
生长素和细胞分裂素
结果
比值≈1
比值＜1
比值＞1
促进芽的分化
促进根的分化
促进愈伤组织的形成
生长素用量
细胞分裂素用量
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
如何诱导离体的植物器官、组织或细胞等脱分化和再分化？
生长素作用：用于诱导细胞的 和 的分化；
细胞分裂素作用：促进组织细胞的分裂或促进 的分化。
伸长生长
根
芽
巧记：生根分芽中愈伤
4
脱分化与再分化的比较
植物组织培养
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
脱分化
再分化
脱分化 再分化
过程
分裂、分化
结果
需要条件
有分裂，无分化
有分裂，有分化
形成愈伤组织
形成根、芽
a.离体、适宜的营养
c.生长素与细胞分裂素的比例适中
d.一般不需光（有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织）
a.离体、适宜的营养
c.生长素与细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽
d.光照（诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用）
外植体→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
植物组织培养
作为碳源
提供能量
植物可少量吸收，调节渗透压
葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。
培养基名称： ；
物理性质： ；
碳源： 。
MS培养基
固体培养基
有机碳源（蔗糖）
5
植物组织培养常用的培养基配方 p116
问题1：植物是自养生物，为什么用于植物组织培养的MS培养基中需要加入有机物作为碳源？
通常植物体本身进行光合作用产生糖类，不需要外部供给糖，但植物组织培养利用的是离体组织或细胞，在其脱分化过程中不能进行光合作用合成糖类，因此必须在培养基中添加糖类，作为碳源和能源物质，同时维持细胞的渗透压。
问题2：同微生物培养基的配方相比，MS培养基的配方有哪些明显的不同？
微生物培养基以有机营养为主。
与微生物的培养不同，MS培养基则需提供大量无机营养，含有植物生长必需的大量元素和微量元素，还需要添加植物激素。
5
植物组织培养常用的培养基配方 p116
【探究 实践】菊花的组织培养 p35-37
①外植体：
幼嫩的菊花茎段
(细胞分裂能力强，容易诱导形成愈伤组织)
②体积分数为70%的酒精：
对手、超净工作台、外植体进行消毒
③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液：
对外植体进行消毒
④无菌水：
清洗外植体
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根芽等
试管苗
完整植株
移栽
1
过程
2
材料用具
3
方法步骤
（1）消毒
①双手和超净工作台台面:
用酒精擦拭
②外植体:
（2）外植体切段:
外植体置于无菌的培养皿中→用无菌滤纸吸去表面水分→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段
消毒与无菌水冲洗
酒精
30S
无菌水洗
2-3次
次氯酸钠溶液
30min
2-3次
无菌水洗
（3）接种外植体:
在超净工作台酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插。
（将“形态学上端”朝上）
接种
切割
防止杂菌生长：①杂菌与培养物竞争（种间竞争）营养；
②产生有害物质危害培养物。
3
方法步骤
（4）诱导愈伤组织（脱分化）
提供营养、调节渗透压
①生长素、细胞分裂素比例≈1：1
②提供有机碳源（蔗糖）
有光时，往往容易形成导管和筛管等，而不易形成愈伤组织。
培养基：
①一般不需要光照
②培养温度：
培养条件：
18-220C
有利于促进愈伤组织的形成
诱导生根
3
方法步骤
（5）诱导生芽、生根（再分化）
②接种到诱导生芽培养基
①培养15 20 d后
③接种到诱导生根培养基
生长素：细胞分裂素＜1
该过程每日需要给予适当时间和强度的光照（有利于叶绿素的形成，促进光合作用）。
思考1：再分化需要避光吗？为什么？
思考2：为什么要先诱导生芽，再诱导生根呢？
①根的质地较硬，更换培养基时可能会导致根的损伤或断裂
②先生芽有利于导管、筛管等的对接和形成，为后续生根过程中物质的运输和分配提供便利。
诱导出芽
生长素：细胞分裂素＞1
3
方法步骤
（6）移栽培养：
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。
用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。
①炼苗：
②移栽：
4
实验结果分析与评价
（1）接种3～4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
培养基、接种工具灭菌不彻底；
外植体消毒不彻底；
操作过程不符合无菌操作要求等。
被污染的外植体
（3）若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
① 空白对照：不加任何激素；
② 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值≈1；
③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值＞1；
④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值＜1。
4
实验结果分析与评价
①培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）
②外植体的消毒（酒精、次氯酸钠）
③接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）
④无菌箱中的培养；
⑤移栽到消过毒的环境中生存一段时间。
（2）在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？
5
特殊的植物组织培养——花药离体培养
生殖方式为特殊的 生殖，培养过程中 分裂
花药
试管苗
脱分化
再分化
愈伤组织
单倍体：植株矮小、高度不育
秋水仙素
诱导
新品种
有性
只涉及有丝
思考：
经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为 ，一定吗？ 。
纯合子
不一定
如若花药是Aa，染色体加倍后得到的是AAaa（杂合子）
器官发生途径
胚状体途径
胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。
（移栽到大田）
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
生芽生根
或胚状体
生长发育
试管苗
6
拓展：植物组织培养的两种途径
离体
无菌
一定的营养、激素
适宜的外界条件(温度、pH、光照等)
外植体
愈伤组织
根、芽或胚状体
试管苗
脱分化
再分化
黑暗
光照
水
琼脂
有机物
无机物
植物激素
蔗糖：提供能量、调节渗透压。
植物激素：主要是生长素和细胞分裂素。
小结
1.A、B过程分别为 。C是 。
A过程细胞分裂方式是 ，
B过程细胞分裂方式是 ,同时也进行 。
A过程一般 光照；B过程需要光照，因为 。
2.影响A、B过程的关键因素是 ，主要是 和 ，二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。
3.植物组织培养是一个 过程。（填“无性繁殖”、“有性繁殖”）
植物体
根、芽或胚状体
外植体
脱分化
再分化
有丝分裂
细胞分化
植物激素
细胞分裂素
生长素
无性繁殖
A B
有丝分裂
浓度及比例
【练习】下列是植物组织培养流程图，请回答：
C
脱分化、再分化
愈伤组织
不需要
叶绿素的合成需要光照
植物体细胞杂交技术
欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离。
有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
马铃薯
番茄
3．两个细胞能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？
植物体细胞杂交技术
去细胞壁(去掉细胞壁的剩下部分称为原生质体）
酶解法（纤维素酶和果胶酶）
流动性
植物组织培养技术
1．你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？应该怎么处理？
2．有没有一种温和的去壁方法呢？
4.如何将杂种细胞培育成杂种植株？
光学显微镜下的烟草细胞原生质体
植物体细胞杂交技术
1
过程
A细胞
B细胞
正在融合的原生质体
杂种细胞：再生出细胞壁
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体
间的融合）
酶解法
④酶解法原理：
⑤纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体形态正常
（1）去除细胞壁
②目的：
去除细胞壁，获得原生质体
(纤维素酶和果胶酶)
①去壁原因：
③方法：
酶具有专一性
（植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成）
1
植物体细胞杂交技术的过程
原生质体
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
理论基础：
方法：
植物细胞融合完成的标志：
融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞
④验证再生出新壁的实验：
质壁分离和质壁分离复原实验
（2）原生质体间的融合
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
细胞膜具有流动性
物理方法：电融合法、离心法
化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+-高pH融合法
1
植物体细胞杂交技术的过程
A细胞
B细胞
纤维素酶果胶酶
1.去壁：
酶解法
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
2.诱融
物理法：
化学法：
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+ —高PH融合法等
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
1
过程
植物体细胞杂交技术
植物体细胞杂交是指将 的植物体细胞，在一定条件下融合成 ，并把杂种细胞培育成 的技术。
（1）植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
（2）植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
植物体细胞杂交技术
2
概念
3
原理
4
两个标志
5
优势
细胞膜具有一定的流动性（原生质体融合）
植物细胞的全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
不同来源
新植物体
杂种细胞
"番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么
生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以"番茄—马铃薯"杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
①不一定按人们需要表达优良性状
②技术复杂、操作繁琐、工作量大
植物体细胞杂交技术
6
局限性
假的！
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
生殖方式
原理
步骤
意义
联系
无性生殖
细胞的全能性
①脱分化
②再分化
保持优良性状，繁殖速度快
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
打破生殖隔离，
克服不同种生物远缘杂交的障碍
①去除细胞壁
②融合形成杂种细胞
③组织培养
细胞膜的流动性、细胞的全能性
无性生殖
植物组织培养 vs 植物体细胞杂交
拓展：融合细胞类型的分析
原生质体两两融合，培养基中可能会出现的细胞类型：
重组细胞类型
培养基的细胞类型
AA AB BB A B
例：若植物A的基因型是AaBb，植物B的基因型是aaBb，只考虑细胞之间的两两融合，则融合形成的细胞基因型有 种，
分别是？
AAaaBBbb
aaaaBBbb
AaaaBBbb
3
方法1：互补选择法
第一次培养在适合A不适合B的条件下
第二次培养在适合B不适合A的条件下
淘汰B和BB型的细胞
淘汰A和AA型的细胞
选出AB型细胞
方法2：融合前两个亲本有可分辨的明显标记
亲本1：来自愈伤组织
亲本2：来自叶肉细胞(含叶绿体)
细胞壁薄且含有叶绿体的细胞
选择
方法3：利用抗性互补
亲本1：对放线菌素D有抗性，但在MS培养基不能超过50个世代
亲本2：对放线菌素D敏感，但能在MS培养基上连续生长。
将细胞放在含有放线菌素D的MS培养基上连续培养，得到对放线菌素D有抗性且能在MS培养基生连续生长的杂种细胞。
筛选杂种细胞AB的方法
项目 体细胞杂交 P1：2n(AaBb) 与 P2：2m(CcDd)
生殖类型
基因组成
染色体数
染色体组数
变异类型
无性生殖，育种过程中不遵循孟德尔定律
两亲本基因型之和。AaBbCcDd
两亲本染色体数之和。2n+2m
两亲本染色体组数之和。2+2=4
染色体数目变异
拓展：植物体细胞杂交后代的遗传变化
异源多倍体
异源多倍体是指由两个或两个以上不同物种的染色体组结合而成的多倍体。
其体细胞中含有两个或多个不同类型的染色体组，这些染色体组来自不同的物种。
1.植物体细胞杂交：
白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的
细胞染色体数为 ，属于 倍体。
36
（异源）四
2.不同物种的有性杂交：
白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉）所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于
倍体。
（异源）二
18
基因重组
染色体数目变异
同源染色体， 正常联会， 育
同源染色体， 正常联会， 育
拓展：有性杂交与植物体细胞杂交的比较
变异类型：
变异类型：
植物体细胞杂交
杂交育种
含有
能
可
不含
不能
不可
植物A体细胞染色体数20条 植物B体细胞染色体数40条 有性杂交 后代体细胞中染色体数 条
植物体细胞杂交 后代体细胞中染色体数 条
植物A为二倍体 植物B为四倍体 有性杂交 后代为 倍体
植物体细胞杂交 后代为 倍体
30
60
三
六
拓展：有性杂交与植物体细胞杂交的比较
植物体细胞杂交得到的杂种植株是不同于两个亲本的 。
新物种
一、概念检测
1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高
产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是( )
A.进行a处理时能用胰蛋白酶
B.b是诱导融合后得到的杂种细胞
C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽
D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中
2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞
的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？
纤维素酶和果胶酶
A
练习与运用 p38
1.A、B过程分别为 。C是 。
A过程细胞分裂方式是 ，
B过程细胞分裂方式是 ,同时也进行 。
A过程一般 光照；B过程需要光照，因为 。
2.影响A、B过程的关键因素是 ，主要是 和 ，
二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。
3.植物组织培养是一个 过程。（填“无性繁殖”、“有性繁
殖”）
植物体
根、芽或胚状体
外植体
有丝分裂
细胞分化
植物激素
细胞分裂素
生长素
无性繁殖
A
有丝分裂
浓度及比例
C
脱分化、再分化
愈伤组织
不需要
叶绿素的合成需要光照
B
巩固练习
（1）图中过程：①为 ，②为 ，
③为 ，④为 ，⑤为 。
（2）细胞融合成功的标志是 ，
植物体细胞杂交技术成功的标志是 。
（3）植物体细胞杂交技术的原理是 。
（4）植物体细胞杂交技术的意义是 。
去除细胞壁
诱导细胞融合
再生出新的细胞壁
脱分化
再分化
再生出新的细胞壁
形成杂种植株
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
打破生殖隔离，实现远缘杂交
巩固练习

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